日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（簡稱產(chǎn)綜研）開發(fā)出高靈敏度、快速測定的NOx傳感器（圖1）?？杉磿r(shí)測量NOx濃度來控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒。還可降低柴油車等的NOx排放量并提高燃效。
-此前的NOx傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣等嚴(yán)酷環(huán)境下的耐久性和耐熱性較低。作為解決辦法，一部分研究人員開始開發(fā)采用陶瓷固態(tài)電解質(zhì)（氧離子導(dǎo)體）的傳感器，不過由于結(jié)構(gòu)一直很復(fù)雜，必須組合多種電化學(xué)反應(yīng)才能測定NOx濃度，所以本質(zhì)上很難實(shí)現(xiàn)快速測定。因此可用于車載的NOx傳感器始終沒有能夠?qū)嶋H應(yīng)用。
-產(chǎn)綜研先進(jìn)制造工藝研究部門——功能模塊化研究小組的產(chǎn)綜研特別研究員濱本孝一等開發(fā)的NOx傳感器，通過精密控制檢測NOx的電極表面的納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了極高的NOx分子選擇性能。通過改進(jìn)電化學(xué)單元結(jié)構(gòu)、直接檢測NOx分子，檢測速度比此前提高了約5倍，并且NOx分子的檢測靈敏度提高了約2倍。
-汽油發(fā)動(dòng)機(jī)車型方面，稀薄燃燒（Lean Burn）發(fā)動(dòng)機(jī)用NOx吸藏還原觸媒已開始實(shí)際應(yīng)用。稀薄燃燒時(shí)，使堿類物質(zhì)吸收NOx，吸收量達(dá)到飽和時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生Rich Spike（燃料過量供給），利用瞬時(shí)增加的燃料來還原并凈化吸附的NOx。不過，目前的技術(shù)為：在發(fā)動(dòng)機(jī)的使用范圍內(nèi)測繪尾氣狀態(tài)，通過模型演算來推算 NOx的吸收量，并求出Rich Spide的開始時(shí)刻。由于該方法沒有直接測定尾氣中的NOx濃度，所以有必要驗(yàn)證是否在在任何條件下都能正常發(fā)揮作用。
-另一方面，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車型由于NOx和未燃碳是此消彼漲的關(guān)系，降低NOx的排放量，PM的排放量將增加，所以有必要使用NOx傳感器將NOx的排放控制在規(guī)定值，以便把PM的排放量降低到最小。
-由于這一原因，業(yè)界熱切期待著開發(fā)出檢測速度快、檢測靈敏度和定量測量性能高的小型車載高性能NOx傳感器。通過監(jiān)測每時(shí)每刻的NOx排放量、僅提供最低限度的Rich Spide來節(jié)約燃料，實(shí)現(xiàn)效率更高的NOx排放控制并提高燃效。
-此次的成果是將鈧（Sc）穩(wěn)定型氧化鋯陶瓷作為電解質(zhì)，控制檢測電極的微細(xì)結(jié)構(gòu)得到的，300℃以下的低溫下仍能夠?qū)?/SPAN>NO分子有很高的檢測能力和很快的響應(yīng)速度，能夠應(yīng)用于混合電位型傳感器。
-混合電位型傳感器通過數(shù)種氣體產(chǎn)生的電位差之和來測定氣體濃度。特別是對于NOx的濃度變化，通過努力使得傳感器的電位差能夠發(fā)生顯著變化。
-實(shí)際制成的傳感器為1cm×2.5mm×300nm左右的電化學(xué)單元。傳感器采用脈沖激光沉積法（Pulsed Laser Deposition，PLD），在SiO2底板上形成氧化鋯陶瓷等（圖2）。在350℃下，對于用含5%氧氣的氮?dú)庀♂尩?/SPAN>1000ppm NO氣體進(jìn)行檢測時(shí)，該電化學(xué)單元能夠產(chǎn)生約100mV的電壓變化。對于很難檢測的NO氣體，也顯示出了全球最高級別的檢測特性（圖3）。
-此外，如圖4所示，檢測電極的微細(xì)結(jié)構(gòu)調(diào)整到了最佳狀態(tài)，90% 的檢測的響應(yīng)速度都在5秒以下（根據(jù)測量條件的不同，已經(jīng)確認(rèn)實(shí)際的檢測速度還要更快）。結(jié)構(gòu)未實(shí)現(xiàn)最佳狀態(tài)時(shí)的元件響應(yīng)速度，在600℃以上的高溫下，最快也需要1分鐘以上。一般來說，由于混合電位型傳感器的響應(yīng)速度依賴于氣體的吸附脫落能力，在氣體吸附脫離速度較慢的低溫下，傳感器的響應(yīng)速度就將變慢。因此，此前300℃低溫下的混合電位型傳感器的開發(fā)幾乎沒有取得什么進(jìn)展。
（轉(zhuǎn)載）
